Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1327 вузов, 5487 предметов.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Башкирский Государственный Аграрный Университет
Предмет:
[НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Файл:

Кофеин и здоровье

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
06.09.2026
Размер:
1 Мб
Скачать
☆
шую активность кофеин проявляет по отношению к пури­нергической системе – система межклеточной передачи сигнала при помощи пуриновых нуклеотидов и нуклеозидов.
На сегодняшний день идентифицированы 3 основных группы пуриновых рецепторов – P1, P2X, P2Y с соответ­ствующими лигандами к ним – аденозин/ATP, ADP/ UDP/ UTP, UDP-глюкоза/ATP соответственно. В контексте фар­макологических эффектов кофеина ключевую роль играют аденозиновая пуринергическая система и рец
епторы типа P1, так как их эндогенным лигандом является аденозин, а кофеин является его конкурентным антагонистом (рис. 1).
Рецепторы аденозина сопряжены с G-белком (GPCR) и при взаимодействии с лигандом осуществляют передачу информации через систему вторичных мессенджеров.
В центральной нервной системе аденозин выполняет ингибирующую функцию, регулирует функцию синапса и процессы высвобождения нейротрансмиттеров, влияет на возб
удимость нейронов и опосредует синаптическую пластичность. Важный вклад он вносит в процессы обуче­ния и памяти и в том числе, является компонентом ноци­цептивной системы [Zarrinmayeh et al., 2020, Tozaki-Saitoh et al., 2022]. В периферических тканях аденозин способен воздействовать на сердечно-сосудистую систему, оказывая
Рис. 1. Структурное сходство аденозина и кофеина, определяющее
антагонизм данных молекул
21
Таблица 1
Виды аденозиновых рецепторов,
их локализация и механизм передачи сигнала
Рецеп-
тор
A
1
A
2A
A
2B
A
3
Обозначения:
G
, Gi, Go, Gq, G11 – соответствующие типы G-белков;
s
↓/↑ – снижение/повышение концентрации; цАМФ – циклический
аденозинмонофосфат;
PLC-β – фосфолипаза C бета [Burnstock 2018].
Преимущественное
распределение
Головной, спинной мозг, яички, сердце, вегетативные нервные окончания
Мозг, сердце, легкие, селезенка Gs, ↑цАМФ Толстый кишечник, мочевой
пузырь Легкие, печень, головной мозг,
яички, сердце
Трансдукция
Gi/Go, ↓цАМФ
Gs, ↑цАМФ
Gi/Go, Gq/G11, ↓цАМФ,
активация PLC-β
отрицательный ино/хромо/дромотропный эффекты, а также регулируя сосудистый тонус (вазодилатирующий эффект), и воздействуя на обмен холестерина [Reiss et al., 2019]. Аде­нозиновые рецепторы также способны экспрессироваться на поверхности тромбоцитов, регулируя процессы агрега­ции. Именно поэтому некоторые исследователи предлагают их в качестве новых мишеней для антритромбоцитарной терапии в случаях, когда терапия, направленная на антаго­низм др
угих пуринергических рецепторов, неэф фективна [Wolska et al., 2019]. Также аденозин оказывает своё дей­ствие на почки и водно-электролитный баланс – снижает скорость клубочковой фильтрации и, ингибируя синтез ренина, задерживает хлорид натрия в организме [ Val lon et al., 2006]. Уже длительное время существует предположе­ние, что аденозин связан с гиперемией и усталостью после физической нагрузки, а сами упражнения (длительно пов
то­ряющиеся акты физической деятельности) способны моду­лировать пуринергическую систему и регулировать ответ тканей [Cardoso et al., 2021].
22
Аденозин даже называют «ответным метаболитом». Это связано с повышением его уровня на фоне тканевой гипоксии и ишемии (в т. ч. при развитии инфаркта мио­карда) или физической активности из-за снижения вну­триклеточного АТФ.
Соответственно, его дальнейшие регулирующие и за­щитные функции связанные с активацией выполняет посредством активации собственных рецепторов, что, например, приводит к снижению потребности в кислороде, увеличению доставки кислорода и стимуляции ангиоге­неза, что и является важными параметрами ишемического прекондиционирования [Borea et al., 2018].
Основной механизм образования аденозина (вне кле т ки) – это дефосфорилирование его предшественников (АТФ, АДФ, АМ
Ф), высвобождаемых клетками в условиях стрессорного
Рис. 2. Физиологическая роль аденозина при физической нагрузке
и развитии тканевой гипоксии/ишемии. «VEGF» – фактор роста эндотелия
сосудов [Borea et al., 2018]
23
воздействия. Этот процесс последовательно происходит при помощи двух ферментов – эктонуклеозидтрифосфатдифос­фогидролазы (CD39) и экто-5’-нуклеотидазы (CD73).
В физиологических условиях синтез аденозина проис­ходит внутри клетки за счёт гидролиза АМФ и S-адено­зилгомоцистеина (SAH) под действием гидролазы-S-аде­но зилгомоцистеина либо из АТФ в ходе целого каскада реакций, включающего в себя: аденилатциклазно-опосре­дованный путь обра за счёт фосфодиэстеразы, образование аденозина за счет цитоплазматических 5-нуклеотидаз с возможным обрат­ным превращением в цАМФ через промежуточный метабо­лит – инозин посредством аденозиндезаминазы и аденозин­киназы. Транспорт аденозина осуществляется за счет двух семейств гидрофильных транспортеров – катионсвязанных концентрирующих нуклеозидных транспортеров и энерго­зависимых уравновешивающих нуклеозидных транспор­теров. Изоформы пе ществляют двунаправленный транспорт за счет градиента аденозина в то время, как изоформы второго семейства осу­ществляют поступление аденозина внутрь клетки против градиента за счет энергии, образуемой градиентом натрия. Соответственно в норме транспорт аденозина направлен внутрь клетки, тогда как гипоксия меняет данное направле­ние, что и обуславливает да ишемии [Borea et al, 2018].
В центральной нервной системе (ЦНС) аденозин выпол­няет ингибирующую функцию, регулируя функцию синапса и процессы высвобождения нейротрансмиттеров, вли­яет на возбудимость нейронов, опосредует синаптическую пластичность, а также регулирует цикл сон-бодрствова­ние и вносит важный вклад в процессы обучения и памяти, в том числе является компонентом н
[Reichert et al., 2022; Zar rinmayeh et al., 2020; Toza ki-Saitoh et al., 2022]. Ряд исследователей рассматривает активацию
аденозиновых рецепторов и в контексте развития усталости
зования цАМФ, образование АМФ
рвого семейства транспортеров осу-
льнейшую роль аденозина при
оцицептивной системы
24
Обозначения: АТФ – аденозинтрифосфат; АДФ – аденозиндифосфат;
АМФ – аденозинмонофосфат; цАМФ – цик лический аденозинмонофосфат;
Рис. 3. Метаболизм и транспорт аденозина.
«CD39» – эктонуклеозидтрифосфатдифосфогидролаза;
«CD73» – экто-5’-нуклеотидаза
во время и после физических нагрузок [Cardoso et al., 2021]. Предполагается, что благодаря данной активности кофеин способен снижать утомляемость и/или сонливость, а также совместно с модуляцией активности других нейромедиато­ров влиять на мотивацию [Meeusen et al., 2013].
Воздействие кофеина на аденозиновую (пуринергиче­скую) систему обусловлено тем, что он конкурентно блоки­рует центральные и периферические A1R, A2
R, A2BR
A
и A3R ( обладает аффинитетом ко всем подтипам аденозино­вых рецепторов) (табл. 2). [Kolahdouzan et al., 2017].
Таблица 2
Сродство кофеина и аденозина к аденозиновым рецепторам разных типов,
выраженной константой диссоциацией (KD). Чем ниже значение (KD),
тем выше сродство лиганда к рецептору и выше прочность связи
Лиганд
Аденозин
Кофеин
Рецептор
)
(K
D
)
(K
D
A1RA
0,3–3
нмоль/л
12
мкмоль/л
1–20
нмоль/л
2,4
мкмоль/л
25
RA
2A
2B
0,5–5
мкмоль/л
13
мкмоль/л
RA
R
3
<10
нмоль/л
80
мкмоль/л
Именно данный механизм считается доминирую­щим в контексте эргогенного действия кофеина. В под­тверждение этого утверждения можно привести данные, что у мышей с нокаутом аденозинового (A2
) рецептора
A
не наблюдались эргогенные эффекты кофеина по срав­нению с мышами не нокаутированной линии [Aguiar et al., 2020]. Подобный эффект вызывает и введение в орга­низм селективного активатора аденозиновых рецепторов 5’N-этилкарбоксамидоаденозина – это приводит к нивели­рованию повышенной кофеином двигательной активности [Davis et al., 2003]. Помимо плотного распределения в цен­тральной нервной системе, аденозиновые рецепторы также находятся и в ор
ганах сердечно-сосудистой и дыхательной систем, что потенциально может обуславливать развитие таких эргогенных эффектов кофеина, как улучшение кро­воснабжения и оксигенации мышц во время выполнения физических упражнений [Lima-Silva et al., 2021].
Существует также предположение о том, что эргоген­ные эффекты кофеина могут быть связаны с неселектив­ным ингибированием фосфодиэстеразы и/или увеличением высвобождения кальция из сар
коплазматического ретику­лума за счет взаимодействия с рианодиновыми рецепто­рами, однако роль данного механизма действия на данный момент ставится под сомнение, так как он не всегда развива­ется при применении его в стандартных дозах [Kolah d o uzan
et al., 2017].
В истории открытия фосфодиэстеразы, а в последую­щем и циклических нуклеотидов, кофеин сыграл клю­чевую роль. Все началось с работ британского вра­ча-физиолога Ге н р и Хайда Солтера в 1886 году. Будучи больным бронхиальной астмой, он заметил, что его дыхание улучшалось после употребления чашки креп­кого кофе – это объяснялось неселективным ингибиро­ванием ФДЭ, ув дов и расслаблением гладких мышц бронхов. Эффекты,
еличением числа циклических нуклеоти-
26
которые развивались при ингибировании фосфодиэсте­разы в скелетных мышцах, также приводили бы к уве­личению накопления кальция в клетке и улучшению мышечного сокращения. Однако в настоящее время счи­тается, что данный эффект не характерен для кофеина при его применении в стандартных дозах [Nehlig et al., 1992]. И хотя использование в терапии бронхиальной астмы родственного кофеину сое объясняется именно ингибированием ФДЭ, его исполь­зование также уже не рекомендуют из-за необходимости применения высоких доз, что обуславливает высокий риск развития побочных эффектов [Cazzola et al., 2020].
динения теофиллина
Первые данные о возможном влиянии кофеина на сар­котубулярную систему и увеличении за счет этого сокра­тительной активности мышечных волокон, были опублико­ваны еще в середине ХХ века [Lüttgau et al., 1968]. Позже они неоднократно подтверждались, но необходимо помнить, что в подобных исследованиях использовались миллимолярные концентрации кофеина, которые являются супрафизиологи­ческими в отношении человеческого организма [Fryer et al., 19 89, Wondmikun et al., 2006]. При рациональном применении кофеина его концентрация в организме находится в диапа­зоне микромолярных значений (10–70 μmol) в зависимости от принятой дозы (3–9 мг/кг) [Graham et al., 1995] и поэтому не стоит рассматривать значимость подобных эффектов кофе­ина при его стандартном употреблении – необходимая для этого концентрация достигается при использовании очень высоких доз.
Однако уже в начале XXI века появились исследования, в которых указанный выше эффект был получен при исполь­зовании хоть и высоких, но допустимых для взрослых людей дозировок. Так, было продемонстрировано, что при концен­трации в 70 μmol кофеин смог напрямую увеличить выход­ную мощность камбаловидной мышцы [James et al., 2005]. Несмотря на то, что данное увеличение не было высоким,
27
оно было статистически значимым и может играть важную роль, особенно когда речь идет о спортсменах самого высо­кого уровня. Позже, также используя микромолярную кон­центрацию кофеина аналогичные данные получили и другие исследователи [Tallis et al., 2012]. По их мнению, это также было связано со способностью кофеина взаимодействовать с саркоплазматическим ретикулумом и повышать содержа­ние кальция в клетке.
Важно помнить, что концентрация 70 μmol все же явля­ется верхним пределом, достигаемым употреблением высо­ких, но нетоксичных доз. Однако наиболее распространен­ной и безопасной для употребления является дозировка в 3–6 мг/кг, при которой достижение данной концентрации кофеина в организме невозможно [de Souza et al., 2022].
Доза кофеина, необходимая для ингибирования фосфо-
диэстеразы, должна быть в 20 раз выше той, что можно
получить из одной чашки кофе (около 60–100 мг кофе-
ина), а для мобилизации внутриклеточных депо каль-
ция она должна быть выше в 100 раз. Таким образом,
достижение данных эффектов возможно только при
применении кофеина в сверхвысоких токсичных дозах
[
Kolahdouzan et al., 2017].
Предлагаются и иные объяснения эргогенного действия кофеина, например, снижение восприятия боли и пла цебо­эффект, вмешательство в метаболические пути организма, а также регуляция секреции миокинов [Beedie et al., 2010; Barcelos et al., 2020; Takad a et al., 2022]. Известно, что боль и уровень воспринимаемой нагрузки играют ключевую роль во время физической нагрузки и способны ее ограни­чивать [Furrer et al., 2023; Berger et al., 2023]. Кофеин же изве­стен своим анальгетическим эффектом, а так
же способно­стью снижать уровень воспринимаемой нагрузки [Derry et al., 2014; S mirmaul et al., 20 17]. Основываясь на этих данных, рядом исследователей было сделано предположения о том, что именно эти эффекты, в том числе, могут обуславливать
28
развитие эргогенного эффекта кофеина [Beedie et al., 2010]. Однако развитие болевого синдрома во время тренировок характерно не для всех видов спорта, что ставит под вопрос ключевую роль данного механизма. При этом несмотря на то, что до сих пор недостаточно данных, подтверждаю­щих их эффективность, широкое использование анальгети­ков является доказанным во многих видах спорта [L eyk et
al., 2023; Holgado et al., 2018].
Су
ществуют свидетельства того, что кофеин может ока­зывать не только «острые» эргогенные эффекты, но и вли­ять на организм в среднесрочной перспективе. Подобные эффекты связаны с действием миокинов – биологически активных веществ, которые в основном секретируются в мышечной ткани в ответ на физическую активность и оказывают положительное системное действие на орга­низм [ включены исследования, в которых описывалось увеличе­ние экспрессии миокинов в ответ на добавления в среду кофеина. На основании полученных данных авторы при­шли к выводу, что эффекты кофеина могут опосредоваться именно миокинами [Takada et al., 2022]. Но необходимо отметить, что до сих пор свидетельств в отношении дан­ного механизма де точно, а увеличение экспрессии миокинов наблюдается при супрафизиолологических концентрациях кофеина.
зываемых кофеином по отношению к производительности в спорте, есть еще целый ряд эффектов, которые могут ока­зывать позитивное воздействие на физическую работоспо­собность. В первую очередь, к ним относятся увеличение ок когена в мышцах после окончания физической нагрузки и защита клеток от окислительного повреждения (антиок­сидантные свой ства). Первый из эффектов обусловлен изме­нением энергетического субстрата с гликогена на липиды за счет увеличения активности гормон-чувствительной
Pedersen et al., 2008]. В обзор Ta ka da и соавт. были
йствия на организм человека недоста-
Помимо широко известных полезных эффектов, ока-
исления жирных кислот, ускорение депонирования гли-
29
липазы и подавления активности гликогенфосфорилазы [Rush et al., 2001]. Второй эффект может обуславливать
ускоренное постнагрузочное восстановление, что связано с ускорением ресинтеза гликогена. Однако результаты все еще немногочисленных исследований по этой теме можно назвать противоречивыми [Hodgson et al., 2013; Clark et al., 2020]. Например, в систематическом обзоре и мета-ана­лизе Collado-Mateo и соавт. был сделан вывод о том, что данный эффект может модулироваться ур
овнем физиче­ской подготовки испытуемых [Collado-Mateo et al., 2020], а ускоренное депонирование гликогена в мышцах после окончания тренировки отмечалось при сочетанном упо­треблении кофеина и углеводов [Pedersen et al., 2008; Taylor et al., 2011]. Необходимо также отметить, что в уже прове­денных исследованиях, использовалась высокая доза (8 мг на кг/массы тела), что может ограничить применение кофе­ина в некоторых когортах спортс менов (на
пример, детей
и юношей) [Taylor et al., 2011 ; P edersen et al., 2008 ; Cappelletti
et al., 2015].
Согласно рекомендациям Международной ассоциа­ции спортивного питания (International Society of Sports Nutrition, ISSN) для ускоренного восстановления запа­сов гликогена после тренировки можно использовать кофеин в дозировке 3–8 мг на кг массы тела [Kerksick et
al., 2017].
Кофеин и другие активные метаболиты, входящие в состав кофе (например, хлорогеновая кислота) проявляют и антиоксидантные свой ства (предположительно за счет модуляции разных сигнальных путей), что может расце­ниваться в контексте их роли в защите от окислительного повреждения [Rodak et al., 2021 ]. Данный эффект может рас­цениваться как одно из составляющих терапевтического потенциала кофеина при лечении и пр
офилактики нейроде-
генеративных заболеваний.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности